功率因数校正课件

4.0 输入功率因数定义 输入电流总畸变率THD (Total Harmonic Distortion) 交流输入电流中除基波电流Is1外通常还含有各

次谐波电流Isn(n=2,3,4,…) 。 THD的定义：除基波电流外的所有谐波电流总 有效值与基波电流有效值之比值由于 I I2 S 2 S1 2 2 2 I Sn I S 1 I h n 21 2

I THD h I S1

2 2 I S I S1

I S1

I 2 S I 1 S1

In 2

2 Sn

I S1

4.0 输入功率因数定义(续)输入功率因数PF(Power Factor) :定义：交流电源输入有功功率PAC 与其视在功率S 之比，即

PF PAC / S功功率。这时，

S VS I S

若交流输入电压为无畸变的正弦波，则只有输入电流中的基波电流形成有

PF PAC /(VS I S ) VS I S1 cos 1 /(VS I S ) (cos 1 ) I S 1 / I S cos 1

交流侧电压与电流基波分量之间的相位角φ 1称为基波位移角；

基波功率因数 cosφ 1称为基波位移因数DPF; I S1 IS I S12 2 I S1 ∑ I Sn n 2 ∞

12 2 1 ∑ I Sn I S1 n 2 ∞

1 1 THD 2

4.1含有源功率因数校正环节(PFC)的单相高频整流4.1.1 谐波电流的危害及改善措施

4.1.2 含升压(Boost)型功率因数校正器的高频整流4.1.3 带反激式功率因数校正器的高频整流

4.1.1 谐波电流的危害及改善措施 220V单相交流电网不控整流电容滤波的应用极为广泛， 但存在以下主要缺点是： (1)输入交流电压是正弦波，仅在交流电压的瞬时值大于 电容电压时才有输入电流，因此输入交流电流波形严重畸 变，呈脉冲状。 (2)直流输出电压只与交流输入电压有关而不能调控。 为了得到输出可控的直流电压，可采用相控整流。但脉 动很大，且最低次谐波频率为2次谐波，需要很大的滤波器

才能得到平稳的直流电压。 在相控直流电压较低时电源功率因数低，同时交流电源 输入电流中仍含有大量的谐波电流。

4.1.1 谐波电流的危害及改善措施(续1)谐波电流对电网有严重的危害作用： 流过线路阻抗造成谐波电压降，使电网电压也发生畸变； 可能危害通讯线路； 会使线路和配电变压器过热，损坏电器设备； 会引起电网LC谐振； 高次谐波电流流过电网所产生的谐波电压可能使电容器过流、 过热而爆炸； 在三相四线制电路中，中线流过三相的三次谐波电流(3倍的3次 谐波电流),使中线过流而损坏； 还使整流负载交流输入端功率因数下降，其结果是发电、配电 及变电设备的利用率降低，功耗加大，效率降低。

4.1.1 谐波电流的危害及改善措施(续2)为了减小AC-DC变流电路输入端谐波电流造成的严重后 果，确保电网良好运

行，提高电网的可靠性，同时也为了提高 输入端功率因数，必须限制AC-DC整流电路的输入端谐波电 流。现在，限制电网谐波电流相应的国际标准已经颁布实施， 如IEC-555-2,EN60555-2等，一般规定各次谐波电流不得大于 某极限值。表5.7给出了某一标准要求的谐波电流限制值。表5.7 AC-DC变流电路对输入端谐波电流的限制值

谐波阶次 谐波电流%(以基波为基数)

2次 3次 5次 7次 2 30 10 7

… …

由于整流器输入端功率因数PF不仅与基波电流的相位移角 φ1 有关，同时还与谐波电流的大小有关，不控整流能使基波电 流与交流电源电压基本同相，cosφ1=1,但呈脉冲状的电流含有 很大的谐波成份，因而交流电源的功率因数不高。

4.1.1 谐波电流的危害及改善措施(续3)采用两类技术措施可减小电源电流中的谐波电流，提高功率因数 (1)附加无源滤波器在图示的整流器和电容之间接入一 个滤波电感，增加的导电宽度，减缓其 脉冲性，从而减小电流的谐波成份。或 者在交流侧并联接入LC滤波器，使谐波 电流经LC滤波器形成回路而不进入交流 电源。

5.35

无源LC滤波器的

图5.35 AC/DC整流电路

优点是：简单、成本低、可靠性高、电磁干扰EMI小。 缺点是：体积、重量大，难以得到高功率因数(一般提高到0.9左右),工 作性能与频率、负载变化及输入电压变化有关，电感和电容间有大的充放 电电流并可能引发电路L、C谐振等。

4.1.1 谐波电流的危害及改善措施(续4)(2) 附加有源功率因数校正器或采用高频PWM整流不控整流电路与负载之间接入 DC-DC开关变换器，用电流反馈技术 使交流电源电流波形跟踪交流输入正 弦电压波形，并与之同相，从而使输 入端总谐波畸变率THD小于5%,而

功率因数可提高到0.95或更高。含有源功率因数校正环节的单相整流 被简称为有源功率因数校正(Active Power Factor Correction)APFC。 它是将高频PWM DC-DC变换应用于 单相整流，故也是一种单相高频PWM整流。图5.36 含升压型(Boost)功率因数校正器环节的高频整流器

4.1.1 谐波电流的危害及改善措施(续5)优点： 可得到较高的功率因数，如0.95~0.99,且THD小； 可在较宽的输入电压范围(如90~264V AC)下工作； 体积、重量小；输出电压也可保持恒定，或被调控为指令值。 不足: 电能只能从交流电源流向直流侧负载，而不可能将直流侧的电 能反送至交流电网，因此只是一种单向的PWM整流。 现在APFC技术已广泛应用于AC-DC开关电源、交流不间断电源 (UPS)、荧光灯电子镇流器及其它电子仪器电源中。

4.1.2 含升压(Boost)型功率因数校正器的高频整流(续1)主电路：

1)单相桥式不控整流器2)Boost变换

器 控制电路： 1)电压误差放大器VAR 2)电流误差放大器CAR 3)乘法器 4)比较器C 5)驱动器 6)其它相关电路图5.36 含升压型 (Boost)功率因数校正器环节的高频整流器

4.1.2 含升压(Boost)型功率因数校正器的高频整流(续2)电路特点： 主电路拓扑是一个全波整流器， 实现AC→DC的变换，电压波形

不会失真； 在滤波电容C之前是一个Boost Converter,实现升压式 DC→DC的变换； 从控制回路看，它由一个电压外环和一个电流内环构成；

升压电感中的电流受到连续监控和调节，使之能跟随整流后正弦半波电压波形。

4.1.2 含升压(Boost)型功率因数校正器的高频整流(续3)有源功率因数校正的控制思想思路: 主要是控制已整流后的电流，使之在对滤波大电容充电之 前，能与整流后的电压波形相同，从而避免电流脉冲的形成，达 到改善功率因数的目的。

Boost—APFC原理电路

4.1.2 含升压(Boost)型功率因数校正器的高频整流(续4)有源功率因数校正器(APFC)工作原理主电路的输出电压Vo和指令输出电压 Vo*送入电压误差放大器VAR,进行PI调节，VAR的输出是个直流量m; 将二极管整流电压Vdc检测值Vdc=|VS|(交流电源电压瞬时值的绝对值)和 VAR的输出电压信号m共同加到乘法器的输入端，用乘法器的输出m|VS|作为 电感电流iL(|iS|=iL)指令ir; 电流指令的波形与交流电源电压相同，即与交流电源同相位的正弦波，大 小ir(ir=mVdc)=m|VS|取决于实际电压与电压指令值的误差。 将ir与电感电流的检测值iL=|iS|一起送入电流误差比较器CAR,再进行PI调 节，CAR的输出作为开关管T的PWM驱动控制电压Vr,最后将Vr与一个恒频 三角波送入比较器C,C的输出被取作开关管T的驱动信号VG,经驱动器功率 放大后再驱动开关器件T。

4.1.2 含升压(Boost)型功率因数校正器的高频整流(续5)右图给出输入电压Vs、Vdc和仅有很小

纹波的iL、iS波形。可见，输入电流被高频PWM调制成接近正弦(含有高频纹波)的波 形。 在一个开关周期内：

开关管T导通时，二 …… 此处隐藏：2433字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……